كيفية تحسين استعلامات SQL لنظام RDBMS

يعد تحسين استعلام SQL أمرًا بالغ الأهمية لتحسين أداء أنظمة إدارة قواعد البيانات العلائقية (RDBMS) . الهدف من تحسين الاستعلام هو العثور على الطريقة الأكثر فعالية لتنفيذ الاستعلام، وبالتالي تقليل أوقات الاستجابة وتقليل استهلاك الموارد وتحسين أداء تطبيقات قاعدة البيانات الخاصة بك.

تتعامل قواعد البيانات الارتباطية مع كمية هائلة من البيانات، ويعد القيام بذلك بكفاءة أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على تطبيق عالي الأداء. قد تؤثر استعلامات SQL المصممة والمكتوبة بشكل سيئ بشكل كبير على تجربة المستخدم، حيث يمكنها إبطاء التطبيقات واستهلاك موارد النظام الزائدة. يمكن أن يؤدي فهم تقنيات تحسين استعلام SQL وتطبيقها إلى تحسين قدرة RDBMS لديك على إدارة البيانات واستردادها بكفاءة وسرعة.

مصدر الصورة: SQLShack

دور محرك قاعدة البيانات

يعد محرك قاعدة البيانات جوهر أي نظام RDBMS، وهو المسؤول عن معالجة وإدارة البيانات المخزنة في قواعد البيانات العلائقية. إنه يلعب دورًا حاسمًا في تحسين الاستعلام من خلال تفسير عبارات SQL وإنشاء خطط التنفيذ وجلب البيانات من التخزين بكفاءة أكبر.

عند إرسال استعلام، يقوم مُحسِّن استعلام محرك قاعدة البيانات بتحويل عبارة SQL إلى خطة تنفيذ واحدة أو أكثر. تمثل هذه الخطط طرقًا مختلفة لمعالجة الاستعلام، ويحدد المحسن أفضلها استنادًا إلى تقديرات التكلفة، مثل الإدخال/الإخراج واستخدام وحدة المعالجة المركزية. تُعرف هذه العملية باسم تجميع الاستعلام، والذي يتكون من التحليل والتحسين وإنشاء خطة التنفيذ المطلوبة.

تحدد خطة التنفيذ المختارة كيفية وصول محرك قاعدة البيانات إلى البيانات المطلوبة بواسطة عبارة SQL وتصفيتها وإرجاعها. يجب أن تقلل خطة التنفيذ الفعالة من استهلاك الموارد، وتقليل أوقات الاستجابة، وتقديم أداء أفضل للتطبيق.

كيفية التعرف على اختناقات الأداء

يعد تحديد اختناقات الأداء في استعلامات SQL الخاصة بك أمرًا بالغ الأهمية لتحسين أدائها. يمكن أن تساعدك الأساليب التالية في تحديد المناطق التي قد يتأخر فيها أداء الاستعلام:

1. تحليل خطط تنفيذ الاستعلام: توفر خطط التنفيذ تمثيلاً مرئيًا للعمليات التي يقوم بها محرك قاعدة البيانات لتنفيذ استعلامات SQL الخاصة بك. من خلال مراجعة خطة التنفيذ، يمكنك تحديد الاختناقات المحتملة مثل عمليات فحص الجدول أو الصلات الباهظة الثمن أو عمليات الفرز غير الضرورية. يمكن أن يساعدك هذا في تعديل استعلاماتك أو مخطط قاعدة البيانات لتحسين الأداء.
2. استخدام ملفات التعريف وأدوات التشخيص: توفر العديد من ملفات تعريف RDBMS ملفات تعريف وأدوات تشخيص مدمجة يمكنها مساعدتك في مراقبة أداء استعلامات SQL عن طريق قياس مؤشرات الأداء الرئيسية (KPIs) مثل أوقات الاستجابة واستخدام وحدة المعالجة المركزية واستهلاك الذاكرة وإدخال/إخراج القرص . يمكنك تحديد الاستعلامات التي بها مشكلات ومعالجة مشكلات أدائها باستخدام هذه الرؤى.
3. فحص مقاييس قاعدة البيانات: يمكن أن تمنحك مراقبة مقاييس أداء قاعدة البيانات، مثل عدد الاتصالات المتزامنة ومعدلات تنفيذ الاستعلام واستخدام تجمع المخزن المؤقت، رؤى قيمة حول صحة نظام RDBMS الخاص بك وتساعدك على تحديد المجالات التي تحتاج إلى تحسينات في الأداء.
4. أداء تطبيق ملف التعريف: يمكن أن تساعدك أدوات ملفات تعريف أداء التطبيق، مثل AppDynamics APM أو New Relic، في ربط أداء قاعدة البيانات بسلوك التطبيق من خلال التقاط المقاييس الرئيسية مثل أوقات الاستجابة ومعدلات الإنتاجية وتتبعات التطبيق. يتيح لك ذلك اكتشاف الاستعلامات بطيئة الأداء وتحديد موقع مقاطع التعليمات البرمجية المحددة التي تسبب الاختناقات.
5. إجراء اختبار التحميل: يساعد اختبار التحميل في محاكاة المستخدمين والمعاملات المتزامنة، مما يضع نظام إدارة قواعد البيانات RDBMS الخاص بك تحت الضغط ويكشف عن مشكلات قابلية التوسع المحتملة أو اختناقات الأداء. من خلال تحليل نتائج اختبارات التحميل، يمكنك تحديد نقاط الضعف في استعلامات SQL الخاصة بك وتنفيذ التحسينات اللازمة.

من خلال تحديد ومعالجة اختناقات الأداء في استعلامات SQL الخاصة بك، يمكنك تحسين تنفيذها بشكل فعال وتحسين كفاءة أنظمة قاعدة البيانات الخاصة بك بشكل ملحوظ.

أفضل الممارسات لتصميم الاستعلام

يعد تصميم استعلامات SQL الفعالة الخطوة الأولى نحو تحقيق الأداء الأمثل في قواعد البيانات العلائقية. باتباع أفضل الممارسات هذه، يمكنك تحسين استجابة نظام قاعدة البيانات وقابلية التوسع فيه:

• تحديد أعمدة معينة بدلاً من استخدام حرف بدل: تجنب استخدام حرف بدل العلامة النجمية (*) لجلب كافة الأعمدة من جدول عند كتابة عبارات SELECT. بدلاً من ذلك، حدد الأعمدة التي تحتاج إلى استردادها. وهذا يقلل من كمية البيانات المرسلة من قاعدة البيانات إلى العميل ويقلل من الاستخدام غير الضروري للموارد.

 يفعل:
SELECT column1, column2, column3 FROM table_name; لا تفعل ذلك: SELECT * FROM table_name;

• تقليل استخدام الاستعلامات الفرعية: يمكن أن تؤدي الاستعلامات الفرعية إلى انخفاض أداء استعلامات SQL الخاصة بك إذا لم يتم استخدامها بحكمة. اختر عمليات JOIN أو الجداول المؤقتة كلما أمكن ذلك لتجنب الحمل الزائد للاستعلامات المتداخلة.

 يفعل:
SELECT t1.column1, t2.column2 FROM table1 AS t1 JOIN table2 AS t2 ON t1.ID = t2.ID; لا تفعل ذلك: SELECT column1, (SELECT column2 FROM table2 WHERE table1.ID = table2.ID) FROM table1;

• الاستفادة من قوة جملة WHERE: استخدم جملة WHERE لتصفية البيانات غير الضرورية في المصدر. يمكن أن يؤدي القيام بذلك إلى تقليل عدد السجلات التي يتم إرجاعها بواسطة الاستعلام بشكل ملحوظ، مما يؤدي إلى أداء أسرع.
Try AppMaster no-code today!
Platform can build any web, mobile or backend application 10x faster and 3x cheaper
Start Free

 SELECT column1, column2 FROM table_name WHERE column3 = 'some_value';

• اختر عمليات JOIN الفعالة: اختر النوع المناسب من عمليات JOIN لنظام قاعدة البيانات الخاصة بك. عادةً ما تكون الصلات الداخلية أسرع من الصلات الخارجية لأنها تُرجع فقط الصفوف المتطابقة من كلا الجدولين. تجنب CROSS JOINs كلما أمكن ذلك، لأنها تنتج منتجات ديكارتية كبيرة يمكن أن تستهلك الكثير من الموارد.
• تنفيذ ترقيم الصفحات: يمكن أن يؤدي جلب مجموعات نتائج كبيرة في استعلام واحد إلى زيادة استخدام الذاكرة وبطء الأداء. قم بتنفيذ ترقيم الصفحات باستخدام عبارات LIMIT وOFFSET لجلب أجزاء أصغر من البيانات حسب الحاجة.

 SELECT column1, column2 FROM table_name WHERE some_condition ORDER BY column3 LIMIT 10 OFFSET 20;

• استخدم الوظائف المجمعة بحكمة: يمكن تحسين الوظائف المجمعة مثل COUNT وSUM وAVG وMIN وMAX باستخدام الفهارس وشروط التصفية المناسبة في جملة WHERE. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين أداء استفساراتك بشكل ملحوظ.

استخدام الفهارس وخطط التنفيذ

تلعب الفهارس وخطط التنفيذ دورًا حاسمًا في تحسين استعلام SQL. يمكن أن يساعدك فهم الغرض منها واستخدامها في تحقيق أقصى استفادة من نظام RDBMS الخاص بك:

1. استخدام الفهارس المناسبة: يمكن للفهارس تحسين أداء الاستعلام من خلال توفير وصول أسرع إلى صفوف وأعمدة محددة في الجدول. قم بإنشاء فهارس على الأعمدة التي يتم استخدامها بشكل متكرر في عبارات WHERE، أو عمليات JOIN، أو عبارات ORDER BY. كن على دراية بالمقايضات، حيث أن وجود عدد كبير جدًا من الفهارس يمكن أن يؤدي إلى زيادة حمل التحديثات والإدراجات.
2. تحليل خطط التنفيذ: خطط التنفيذ هي تمثيلات مرئية للخطوات والعمليات التي يقوم بها محرك قاعدة البيانات لتنفيذ استعلام. ومن خلال تحليل خطط التنفيذ، يمكنك تحديد اختناقات الأداء وتنفيذ التحسينات المناسبة. غالبًا ما تكشف خطط التنفيذ عن معلومات حول عمليات فحص الجدول واستخدام الفهرس وطرق الانضمام.
3. تحديث الإحصائيات وإعادة ترجمة خطط التنفيذ: تستخدم محركات قواعد البيانات الإحصائيات وبيانات التعريف حول الجداول لإنشاء خطط التنفيذ المثالية. إن التأكد من تحديث الإحصائيات يمكن أن يؤدي إلى أداء أفضل. وبالمثل، يمكن أن توفر إعادة ترجمة خطط التنفيذ يدويًا فوائد كبيرة للأداء، خاصة عند تغيير البيانات الأساسية أو المخطط أو إعدادات SQL Server.

تحسين الاستعلامات مع التلميحات

تلميحات الاستعلام هي توجيهات أو إرشادات مضمنة في استعلامات SQL التي توجه محرك قاعدة البيانات حول كيفية تنفيذ استعلام معين. ويمكن استخدامها للتأثير على خطة التنفيذ، أو اختيار فهارس محددة، أو تجاوز السلوك الافتراضي لمُحسِّن قاعدة البيانات. استخدم تلميحات الاستعلام بشكل مقتصد وبعد إجراء اختبار شامل فقط، حيث قد يكون لها عواقب غير مقصودة. تتضمن بعض الأمثلة على تلميحات الاستعلام ما يلي:

• تلميحات الفهرس: تقوم هذه التلميحات بتوجيه محرك قاعدة البيانات لاستخدام فهرس معين لجدول محدد في الاستعلام. يمكن أن يساعد هذا في تسريع تنفيذ الاستعلام عن طريق إجبار المحسن على استخدام فهرس أكثر كفاءة.

 SELECT column1, column2 FROM table_name WITH (INDEX(index_name)) WHERE column3 = 'some_value';

• تلميحات JOIN: ترشد تلميحات JOIN المُحسِّن الذي يجب استخدام طرق JOIN عليه، مثل الحلقات المتداخلة أو وصلات التجزئة أو الصلات المدمجة. يمكن أن يكون هذا مفيدًا في الحالات التي تكون فيها طريقة JOIN الافتراضية التي اختارها المحسن دون المستوى الأمثل.

 SELECT column1, column2 FROM table1 INNER LOOP JOIN table2 ON table1.ID = table2.ID;

• تلميحات التوازي: باستخدام تلميحات التوازي، يمكنك التحكم في درجة التوازي الذي يستخدمه محرك قاعدة البيانات لاستعلام محدد. يتيح لك ذلك ضبط تخصيص الموارد لتحقيق أداء أفضل.

 SELECT column1, column2 FROM table_name WHERE column3 = 'some_value' OPTION (MAXDOP 4);

تذكر أنه على الرغم من أن تلميحات الاستعلام يمكن أن تساعدك في تحسين استعلامات معينة، إلا أنه يجب استخدامها بحذر وبعد تحليل شامل، لأنها قد تؤدي أحيانًا إلى سلوك دون المستوى الأمثل أو غير مستقر. اختبر دائمًا استفساراتك باستخدام التلميحات وبدونها لتحديد أفضل نهج لموقفك.

يعد مخطط قاعدة البيانات المصمم بشكل صحيح واستعلامات SQL الفعالة والاستخدام المناسب للفهارس من العوامل الحاسمة في تحقيق الأداء الأمثل في قواعد البيانات العلائقية. ولبناء التطبيقات بشكل أسرع، فكر في استخدام منصة AppMaster بدون تعليمات برمجية ، والتي تتيح لك إنشاء تطبيقات الويب والجوال والواجهة الخلفية القابلة للتطوير بسهولة.

تحليل أداء الاستعلام باستخدام ملفات التعريف وأدوات التشخيص

يتطلب تحسين استعلامات SQL فهمًا عميقًا لخصائص أدائها، والتي يمكن تحليلها باستخدام أدوات التصنيف والتشخيص المتنوعة. تساعدك هذه الأدوات على الحصول على رؤى حول تنفيذ الاستعلام واستخدام الموارد والمشكلات المحتملة، مما يسمح لك بتحديد الاختناقات ومعالجتها بفعالية. سنناقش هنا بعض الأدوات والتقنيات الأساسية لتحليل أداء استعلام SQL.

ملف تعريف خادم SQL

يعد SQL Server Profiler أداة تشخيصية قوية متوفرة في Microsoft SQL Server. فهو يسمح لك بمراقبة وتتبع الأحداث التي تحدث في مثيل SQL Server، والتقاط البيانات حول عبارات SQL الفردية، وتحليل أدائها. يساعدك ملف التعريف في العثور على الاستعلامات بطيئة التشغيل وتحديد الاختناقات واكتشاف فرص التحسين المحتملة.

Try AppMaster no-code today!

Platform can build any web, mobile or backend application 10x faster and 3x cheaper

Start Free

أوراكل SQL تتبع وTKPROF

في قواعد بيانات Oracle، يساعد SQL Trace في جمع البيانات المتعلقة بالأداء لعبارات SQL الفردية. يقوم بإنشاء ملفات التتبع التي يمكن تحليلها باستخدام الأداة المساعدة TKPROF، والتي تقوم بتنسيق بيانات التتبع الأولية إلى تنسيق أكثر قابلية للقراءة. يوفر التقرير الذي تم إنشاؤه بواسطة TKPROF معلومات مفصلة حول خطة التنفيذ، والأوقات المنقضية، واستخدام الموارد لكل عبارة SQL، والتي يمكن أن تكون لا تقدر بثمن في تحديد الاستعلامات الإشكالية وتحسينها.

مخطط أداء MySQL ومحلل الاستعلام

MySQL Performance Schema هو محرك تخزين يوفر أدوات لتحديد ملفات التعريف وتشخيص مشكلات الأداء في خادم MySQL. فهو يلتقط معلومات حول الأحداث المختلفة المتعلقة بالأداء، بما في ذلك تنفيذ الاستعلام واستخدام الموارد. يمكن بعد ذلك الاستعلام عن بيانات مخطط الأداء وتحليلها لتحديد اختناقات الأداء. علاوة على ذلك، يعد MySQL Query Analyzer، وهو جزء من MySQL Enterprise Monitor، أداة رسومية توفر رؤى حول أداء الاستعلام وتساعد في تحديد الاستعلامات التي بها مشكلات. فهو يراقب نشاط الاستعلام في الوقت الفعلي، ويحلل خطط التنفيذ، ويقدم توصيات للتحسين.

اشرح واشرح التحليل

توفر معظم أنظمة RDBMS الأمر EXPLAIN لتحليل خطة تنفيذ الاستعلام. يوفر الأمر EXPLAIN رؤى حول كيفية معالجة محرك قاعدة البيانات لاستعلام SQL معين، وإظهار العمليات، وترتيب التنفيذ، وطرق الوصول إلى الجدول، وأنواع الربط، والمزيد. في PostgreSQL ، يوفر استخدام EXPLAIN ANALYZE معلومات إضافية حول أوقات التنفيذ الفعلية، وعدد الصفوف، وإحصائيات وقت التشغيل الأخرى. يمكن أن يساعدك فهم مخرجات الأمر EXPLAIN في التعرف على المناطق التي بها مشكلات، مثل الصلات غير الفعالة أو عمليات فحص الجدول بالكامل، وتوجيه جهود التحسين الخاصة بك.

أنماط تحسين استعلام SQL الشائعة

يمكن تطبيق العديد من أنماط التحسين على استعلامات SQL للحصول على أداء أفضل. بعض الأنماط الشائعة تشمل:

إعادة كتابة الاستعلامات الفرعية المرتبطة كصلات

يمكن أن تكون الاستعلامات الفرعية المرتبطة مصدرًا هامًا للأداء الضعيف نظرًا لأنه يتم تنفيذها مرة واحدة لكل صف في الاستعلام الخارجي. يمكن أن تؤدي إعادة كتابة الاستعلامات الفرعية المرتبطة كصلات عادية أو جانبية في كثير من الأحيان إلى تحسينات كبيرة في وقت التنفيذ.

استبدال عبارات IN بـ EXISTS أو JOIN Operations

يمكن أن يؤدي استخدام جملة IN أحيانًا إلى أداء دون المستوى الأمثل، خاصة عند التعامل مع مجموعات كبيرة من البيانات. يمكن أن يساعد استبدال عبارة IN باستعلام EXISTS أو عملية JOIN في تحسين استعلام SQL من خلال السماح لمحرك قاعدة البيانات بالاستفادة بشكل أفضل من الفهارس وتقنيات التحسين الأخرى.

استخدام المسندات الصديقة للفهرس في عبارات WHERE

يمكن أن تعمل الفهارس على تحسين أداء الاستعلام بشكل كبير ولكنها تكون فعالة فقط إذا تم تصميم استعلام SQL لاستخدامها بشكل صحيح. تأكد من أن عبارات WHERE الخاصة بك تستخدم مسندات صديقة للفهرس - وهي الشروط التي يمكن تقييمها بشكل فعال باستخدام الفهارس المتاحة. قد يتضمن ذلك استخدام الأعمدة المفهرسة، واستخدام عوامل المقارنة المناسبة، وتجنب الوظائف أو التعبيرات التي تمنع استخدام الفهارس.

إنشاء طرق عرض مادية للحسابات المعقدة

تقوم طرق العرض المادية بتخزين نتيجة الاستعلام، ويمكن استخدامها للتخزين المؤقت لمخرجات الحسابات المعقدة أو التجميعات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر ولكن نادرًا ما يتم تحديثها. يمكن أن يؤدي استخدام طرق العرض الفعلية إلى تحسينات كبيرة في الأداء لأحمال العمل كثيفة القراءة.

تحقيق التوازن بين التحسين وقابلية الصيانة

في حين أن تحسين استعلامات SQL أمر بالغ الأهمية لتحقيق أداء جيد لقاعدة البيانات، فمن الضروري تحقيق التوازن بين التحسين وقابلية الصيانة. يمكن أن يؤدي الإفراط في التحسين إلى تعليمات برمجية معقدة ويصعب فهمها، مما يجعل من الصعب صيانتها وتصحيح أخطائها وتعديلها. لتحقيق التوازن بين التحسين وقابلية الصيانة، ضع في اعتبارك ما يلي:

• قياس التأثير: ركز جهود التحسين على الاستعلامات التي تؤثر بشكل كبير على الأداء. استخدم أدوات ملفات التعريف والتشخيص لتحديد الاستعلامات الأكثر إشكالية، وإعطاء الأولوية لتلك التي تؤثر على وظائف النظام الهامة أو التي لديها أكبر إمكانية لتحسين الأداء.
• التحسين بشكل متزايد : عند تحسين الاستعلام، قم بإجراء تغييرات تدريجية وقياس تحسينات الأداء بعد كل تغيير. يساعد هذا الأسلوب في تحديد تحسينات محددة توفر الفوائد الأكثر أهمية وتسمح لك بالتحقق من أن الاستعلام لا يزال يُرجع النتائج الصحيحة.
• الحفاظ على إمكانية قراءة التعليمات البرمجية : اجعل استعلامات SQL الخاصة بك قابلة للقراءة ومنظمة بشكل جيد. تأكد من أن التحسينات التي تطبقها لا تحجب غرض الاستعلام أو تزيد من صعوبة فهمه على المطورين الآخرين.
• توثيق التحسينات الخاصة بك : عند تطبيق التحسينات على استعلام SQL، قم بتوثيق التغييرات وشرح أسبابها. وهذا يسهل على أعضاء الفريق الآخرين فهم التحسينات ويسمح لهم باتخاذ قرارات مستنيرة عند تعديل الاستعلام في المستقبل.

إن العثور على التوازن الصحيح بين التحسين وقابلية الصيانة يضمن أن قواعد البيانات والتطبيقات العلائقية الخاصة بك يمكنها تقديم الأداء المطلوب مع الحفاظ على المرونة وقابلية الصيانة والتكيف مع التغييرات المستقبلية.